黄陵矿业符大利高工：AR智慧运维对黄陵矿区变电站的智能化改造

文章来源：《智能矿山》2024年第4期“革新·改造”专栏

第一作者：符大利，高级工程师，硕士，现任陕西陕煤黄陵矿业有限公司机电公司经理

通讯作者：潘博，现任陕西陕煤黄陵矿业有限公司机电公司供电所副所长

作者单位：陕西陕煤黄陵矿业有限公司

引用格式：张龙旗，赵华生，张玉荣，等.淮河能源数据治理与数据中台建设与应用[J].智能矿山，2024，5（4）：67-72.

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基于黄陵矿业供电系统现有运维体系中既有的运维系统，将调度主站的设备运行参数值与变电站、线路、配电室等相关设备进行融合，形成人机交互界面。利用AR（增强现实）智能眼镜标准化运维操作流程减轻运维工作量，提升安全运行管控水平。结合黄陵矿业供电人员管理系统，辅助前线运维人员和后端专家快速、精确地完成系统故障处置及排除，有效增强应急指挥反应速度，提高电力设备运维、检修管理水平和工作效率。

（1）主要内容

在黄陵矿业供电区系统建设AR+智慧运维系统，包含：AR巡检工具、桌面远程支持、移动设备远程支持、AR业务管理平台。使得运维人员佩戴AR眼镜即可轻松完成巡检、记录及远程协助的工作，从而使得巡检标准化、记录规范化；结合AR远程专家指导，后台各专家收到现场员工远程协助请求之后，通过桌面远程支持能够实时查看到现场员工操作场景视频，满足音视频、文字、AR标注等多种方式的技术沟通和远程支持，大幅提高故障处理效率，降低运维成本；利用AR技术员工培训提供强有力支撑，可以提高员工的培训积极性，并且不受地理因素限制，随时随地都可以进行培训。

（2）技术难点

AR+智慧运维系统建设涵盖面广、设备数量多、数据对接和空间部署难度大、挑战高。利用三维空间注册技术，即通过对显示场景中的图像或物体进行追踪和定位，通过计算虚拟空间与现实空间坐标系的对应关系，实现将虚拟物体按照正确的空间透视关系叠加到现实场景确定位置，也是AR技术与传统变电站结合需要攻克的技术难关。

（3）创新点

当前，新技术的发展带动生产水平不断提升。一方面，工业4.0时代已然到来，无论是工业设备的升级，还是工人技能的提升都备受市场瞩目；另一方面，现有大多数工业4.0和智能制造的规划文件中，AR都是最热门的技术之一，逐渐成为前沿技术产业化发展方向标。AR+工业，在近年来也不断碰撞出新的火花。通过AR巡检、远程指导、MR培训等多种形式，为供电业务更好地利用高新技术、提升专业水平与技能、提高生产与管理效率等提供了新的理念思路与技术手段。根据工业和信息化部发布的《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》，电力运维体系如何深入挖掘人员管理、标准化作业、安全生产等领域的运维价值，推动AR技术、变电站运行与安健环的深度融合，从而提升智能运维水平和运维体系的整体效率、效益，打造更加优质的智慧运维服务保障新模式，是当前电网运维中的重要目标。基于电力运维体系中既有的运维系统，应用当前先进的AR智能眼镜技术作为单兵设备，辅助运维人员和后端专家快速、精确地完成系统故障处置及排除。

（4）技术方案

基于AR技术，在黄陵矿业供电区系统建设“AR+智慧运维系统”具有以下优势：①建设AR智慧运维系统成为设备点巡检的工具及数据可视化的窗口，并且可与黄陵矿业现有各个系统打通；②采用AR智慧运维系统可为企业降低现场点巡检成本，提升员工点巡检效率；③除满足员工日常点巡检需求之外，也可满足管理者参观时对数据的展示和对生产现场情况的及时掌握；④可以自动记录员工点巡检操作过程，并形成可追溯数据，从而达到增强数据的可追溯性的目的；⑤利用混合现实技术进行员工训练，可快速落实技能培训、经验共享等培训要求。

利用AR工具可实现对黄陵矿业供电布局、热点区域设备分布及运行状态、单台设备信息及运行状态的可视化展现，使日常运维工作汇报更直观、全面。还可实现设备故障报警，并能通过3D导航引导运维人员迅速到达故障区域，通过可视化展现设备信息，依托远程运维技术指导完成故障诊断和修复工作。有助于全面掌控黄陵矿业地面供电运行状态，有效减少设备故障修复时间，提升黄陵矿业供电运维效率。

AR智能变电站是在数字化电厂的基础上，运用互联网技术，构建高效节能、绿色环保、安全可靠的人性化变电站。其功能包含数字化、信息化、可视化、智能化等，是数字化变电站结合智能制造后进一步发展的产物。AR智能变电站有以下优点：

（1）AR智能变电站更安全

未来，AR智能变电站无论何时都可以快速响应电网的需求。无需或仅需少量人为干预，就可以利用AR眼镜在安全区域实现设备自我检测、自我诊断、自我修复。

（2）AR智能变电站更人性化

未来，智能变电站将大范围使用AR可视监控、数据监控、变电站机器人作业等，大幅减少人的高危作业，并将实现智能全员监管24h预警机制，提前发现隐患，提前解决。

（3）AR智能变电站更高效

智能变电站更加经济高效，运行成本更低，清楚掌握生产流程、提高生产过程的可控性。可以科学采集数据，科学制定生产计划。规划人员和工程师可以按照市场需要，结合变电站储备来指导运行。

（1）用户鉴权

使用人员必须在AR运维工具中输入用户登录信息才可以使用（图1），用户通过账号密码、二维码等方式进行登录，不同权限的人员能够查询相应的区域、设备、数据等。

图1 AR眼镜端登录

（2）确认到岗

一线员工来到变电站，通过AR智能眼镜设备扫描高压室门口的二维码（图2），系统会标记员工已到达对应地点，并且在后台会有记录显示，从而确认员工到岗进行巡检。

图2 AR眼镜签到

（3）数字三维综合展示

通过AR设备展示总体数字三维布局和设备性能参数（图3），如设备统计信息、设备状态统计信息、设备运行信息等点巡检数据。

图3 AR数据展示

（4）智慧点检

员工使用AR工具可以获取点巡检全流程内容（图4），结合AR工具技术能力，实现对员工点巡检的指示、规范、标准化，并且可以形成巡检表单记录，存储于后台管理中，实现员工无纸化作业。

图4 AR点巡检任务

（5）知识库

员工使用AR工具可以调取巡检图片（图5）、维修资料、视频等内容，知识库结合AR能力可辅助员工处理现场故障问题。

图5 AR调取巡检图片

（6）防入侵人员监测

AR工具可以识别可疑人员，锁定非本工厂的人员，通过拍照识别人脸的方式判断是否为车间员工（图6），辅助现场员工将外来人员驱离。

图6 AR面部识别

（7）智慧培训

员工使用AR工具可进行设备维修培训，在真实环境中查看设备数字三维能力，全角度观察数字三维设备结构数据，以及各个结构部件的名称和详细信息，实现数字三维人机交互，使员工更直观地了解操作流程、设备构造及其工作原理（图7）。黄陵矿区变电站智能化改造用于AR培训展示的是虚拟变压器的3D模型，可点击不同部位查看相应的部件介绍。

图7 AR三维模型

（1）专家端桌面远程支持

后台各专家收到现场员工远程协助请求之后，通过桌面远程支持能够实时查看到现场员工操作场景视频，满足音视频、文字、AR标注等多种方式进行技术沟通和远程支持。并具备多专家远程协助的能力，以及远程协助记录数据存储，记录数据可下载到本地。AR远程专家端界面如图8所示。

图8 AR远程专家端界面

（2）移动设备远程支持

后台各专家收到现场员工远程协助请求之后，通过手机或移动设备用自带的浏览器打开Web端地址，远程专家与工程师的全部沟通过程会通过AR设备（眼镜端）全程完整记录并上传，上传至后台服务器中。通过双向呼叫方式，建立实时通话，双向实时音频，高清视频传输。专家远程协作系统示意如图9所示。

图9　专家远程协作系统示意

（1）三维可视化

在传递信息的过程中，图像的效率大于文字。AR三维可视化技术能够将平面的、文字性的数据资料进行三维建模转换，从某种程度上来说，是高效传递信息方式的转变。通过对变电站厂区进行三维转换，不仅可以将真实环境形象逼真地展现于眼前，更可以将生产实际业务无缝融合进三维模型中，实现企业智能化、精细化管理。黄陵矿区变电站数字孪生3D虚拟模型如图10所示。

图10　黄陵矿区变电站数字孪生3D虚拟模型

（2）数字孪生

数字孪生是借助信息技术，刻画一个跟现实世界实体高度逼真的数字孪生模型（或称为数字孪生体），从而实现物理对象与数字模型之间数据和信息的交互、联系与反馈。

目前，数字孪生技术已在黄陵矿区变电站应用落地，数字孪生技术对接站内设备的实时信息，人员佩戴AR眼镜可以不用亲临现场，直接在AR眼镜中调取数字孪生三维模型，查看站内设备的电流、电压等数据信息，如发现有异常，可派遣人工进行干预，降低事故发生率。该三维可视化监控系统对于提高变电站的安全性有着突破性的重大意义。数字孪生技术还具有可追溯性。在数字系统中，所有的设备、操作、动作都会被记录。

（1）维修任务管理系统

为利于后期维护，构建了任务管理中心。任务管理中心是一个通用的、低门槛的、操作简便的标准化流程编辑工具，包含丰富的视频、图片等多媒体库，同时支持多个控件（标准步骤、呼叫专家、图片添加、视频添加、文字添加、PDF添加、拍照控件、视频控件、状态控件），使用者只需进行简单的拖拽操作就可以借用多媒体库和种类繁多的控件定制特定业务的应用，还可通过画面预览实时自由地编辑具体内容。通过后台，可管理现有维修任务，如需要发布新的维修任务，可利用控件库，通过拖拽的方式将所需要的控件组合生成新的维修任务。使用运维任务编辑器，操作者可根据自身需求编辑生成巡检任务，如在黄陵变电站35kV配电室进行巡检，操作者通过简单的控件拖拽编辑即可生成，一线员工扫码即可获取执行，操作简单。在任务编辑完成后，点击保存即可生成发布任务，用户也可在已生成的任务中查看编辑完的任务，并点击下载二维码，即可获取到该任务内容。

（2）系统管理

系统管理功能可提供人员、角色权限，用户点击添加即可新增人员，包括人员姓名、人员角色、设备管理等信息，可对这些信息进行修改、删除操作；用户可在此处查看和下载工程师二维码，下载完成后，即可通过AR眼镜扫描该二维码进行登录。

（1）技术经济效益分析

经济效益：黄陵矿区变电站实现AR智慧运维，降低了运维成本，减少了人工巡检频率和维护，通过AR智慧运维技术提高了工作效率，及时发现和处理设备故障，减少了生产损失。利用AR技术定期检修和维护可以延长设备的使用寿命，减少更换设备的费用。AR智慧运维技术可以带来较大的经济效益，提升企业的运营效率和竞争力。

社会效益：通过黄陵矿区变电站智能化改造，进一步提高了运维管理水平，有效缓解了运维人员技术经验不足和现场运维管理问题；提升了现场运维人员故障排除平均水平，减少了新人培训周期；深化了运维体系中技术专家、现场工作人员、领导之间的有效联系；提升了运维体系的整体服务质量、服务效率和服务效益；顺应了当今科技发展趋势，可促进企业高质量发展。

（2）推广应用前景分析

黄陵机电公司以“智能机电”建设为纲领，按照“状态感知、数据共享、一键顺控、远程巡检、智能决策”的建设方向，大力推进矿区变电站智能化建设，努力实现变电站智能操作、智能巡检、智能联动的“三个智能”发展目标。黄陵矿业对煤矿供电系统智能化建设，在降本增效的基础上，可进一步提高运维管理水平，将有效缓解运维人员数量及技术不足和现场运维管理问题；提升现场运维人员故障排除平均水平，减少新人培训周期，可在相同煤矿供电系统中进行推广。

AR智慧运维系统应用到黄陵矿区变电站中，为企业日常设备运维及故障处理提供便利，在遇到难以解决的问题时，可通过远程专家协作快速准确地解决问题，提高了现场工程师运维效率，降低了运维成本。AR设备也可以提高企业员工的培训积极性，并且不受地理因素限制，随时随地都可以进行培训。AR智慧运维系统能为变电站的运行管理、作业管理、施工管理带来全新的业务决策模式变革。智能巡检、远程协作、状态检修是AR变电站基本应用场景，通过AR构造与实体变电站对应的数字变电站，推进变电巡检和管控智能化、数字化，奠定电网数字化转型基石。